石门国家森林公园负离子浓度动态变化及评价*

高瑶瑶 熊咏梅 潘勇军

经济社会的不断城镇化和工业化进程加快，严重影响了我国的空气质量。大气污染造成人类的精神压力大、身体健康指数下降等严重后果[1～2]，能够使人精神放松、舒适度高、空气清新的场所受到更多青睐。因而森林生态旅游、森林健康疗养、森林负离子浴等逐渐进入人们的视野[3～4]。森林净化大气的生态功能主要为提供负氧离子，降低空气中粉尘、悬浮颗粒物及气体污染物，同时可消灭空气中的有害细菌[4]。森林降解和净化空气主要通过对源头污染物滞纳、过滤、阻滞、分化，并且植物尖端效应产生的负离子能够吸收结合空气污染物落入土壤中[5]。因此，空气负氧离子是反映大气质量的主要指标。

国内对空气负离子浓度的监测始于1980年[6～7]。李安伯等[8]认为海边的空气负氧离子浓度＞森林＞矿泉性质疗养院。陈锡林等[9]的研究结果表明，森林负离子浓度大于城镇。吴楚材等[10～11]监测结果表明，马尾松纯林中负氧离子浓度可达1200～2000个/cm3。苏树权[12]的研究则表明不同植物搭配结构的负离子浓度由大到小排序为乔灌草混合林、乔灌混合林、单层乔木、乔草混合、灌草混合、单层灌木、单层草被。但至今对华南地区城市森林公园空气质量研究不足，尤其是负离子的探究。因此在广州市石门国家森林公园开展负离子浓度时空变化规律及空气质量评估研究，可为城市森林公园净化大气机制提供基础数据，也为促进森林生态旅游、森林浴、森林健康疗养，实现生态与经济协调发展的新兴产业途径[13～14]提供科学依据。

1 研究区概况

石门国家森林公园位于广州市从化区东北部（23°36′50″N ～23°39′20″N，113°46′16″E～113°49′17″E）， 东 面 与南昆山自然保护区相连，西是从化温泉风景区，北与广州陈禾洞省级自然保护区、流溪河国家森林公园相望，总面积2636 hm2，森林覆盖率达98.9%。属亚热带季风气候区，雨量充沛，年平均降雨量约2000 mm，集中在4—9月，占全年降水的80% 以上，冬暖夏凉，具有明显的山地气候特征，年均气温为 21℃，夏季比广州市区的温度低6～8℃，年气候舒适度达200天以上。森林公园土壤条件良好，温湿疏松，随海拔分布着山地红壤、山地赤红壤、山地黄壤、山地草甸土等。公园生物多样性高，已知有维管植物1090种，蕨类植物106种，裸子植物976 种[15]。

2 研究方法

2.1 观测点选择

通过查阅石门国家森林公园相关资料并结合实地踏查筛选后，确定5种典型生境类型为监测样地，分别是花海（草本群落）、湖心岛（靠近水体）、竹林、竹阔混交林、国际森林浴场（常绿阔叶林）。各样地面积为20 m×20 m，且坡度较缓，适合开展森林游憩活动，每块样地采用对角线法设置3个观测点，作为3个重复（表1）。

2.2 观测方法

通过分析对比广州市近年来的气象资料，根据历年来的降雨量与降雨频率，划分旱季和雨季作为广州市的典型天气，跟踪记录天气预报并在监测日记录天气实况，经筛选后将天气实况与要选择的天气类型相符的观测数据作为典型天气的代表数据。旱季和雨季的观测时间分别为2018年11—12月和2019年6—7月，各选择5天典型天气，旱季选择“连续晴天”，雨季选择“雨后晴天”。

观测期间，每天同步监测5种生境空气负氧离子。采用日本KEC-900便携式负离子检测仪进行监测，测定 范围 10～1999000 个 /cm3，共3档可调，S档 0～2×104个 / cm3、M 档 2×104～2×105 万个 /cm3、L 档2×105～199×104 个 /cm3。每个监测点取东南西北4个方向的平均值，测定时将仪器平放在高度1.3～1.5 m的三脚架上，从8:00—18:00连续监测，每个监测点每小时监测1次，全天监测11次，每次在整点前后10 min内完成，在东西南北4个方向进行4次重复，每次重复记录30个数据。

表1 监测样地分布概况

2.3 评价方法

根据空气负离子浓度与负离子保健浓度等级[16]（表2）进行健康保健评价。

3 分析与评价

3.1 不同监测点空气负离子时空动态变化

经监测，石门国家森林公园康养基地平均负离子浓度为3667个/cm3，雨季（3930个/cm3）大于旱季（3404个/cm3），且存在差异（P＜0.05）。负离子旱雨季变化主要原因有：1）植物在茂盛期与生长期光电效应强烈，尖端放电以及产生芬多精类物质与促进负离子形成有关；2）雨季（6—7月）温度高、降雨量大，多雷电天气，分子运动速度加快，相互之间碰撞几率增大，氧气被电离的能力加强，负氧离子增多，负离子浓度升高；3）在旱季，森林公园内静风频率相对较高，大气层稳定，容易出现逆温现象，这样有碍于污染物的扩散，使得负离子浓度降低。

石门森林公园各监测点负离子浓度较高（图1），数据均在1000个/cm3以上。在旱季，石门国家森林公园负离子浓度排序为森林浴场＞湖心岛＞竹阔混交林＞花海＞竹林，且监测点之间存在显著差异（P＜0.01）。其中森林浴场负离子浓度是竹林的4.91倍、花海的3.46倍、竹阔混交林的1.85倍、湖心岛的1.71倍。在雨季，负离子浓度排序为森林浴场＞竹阔混交林＞竹林＞湖心岛＞花海，且监测点之间存在显著差异（P＜0.01）。其中森林浴场负离子浓度是花海的10.90倍、湖心岛的8.30倍、竹林的6.31倍、竹阔混交林的2.58倍。森林浴场在旱季和雨季负离子浓度均最大，尤其在雨季浓度超过10000个/cm3，主要是因为森林浴场植被多样性较高，乔灌草自然搭配，较少出现生态位空缺，植物蒸腾作用和光合作用强烈，森林浴场中氧分子较多，易于结合电子形成负离子；并且浴场随山体分布存在数量较多的山涧溪流和地下河流，水分子在跌落、冲击和喷溅时，因高速运动而发生断裂，水分子被截断后带正电荷，周围空气分子带负电荷，形成空气负离子。花海、湖心岛负离子浓度低于森林浴场是由于两地游客量大，产生较多的较大颗粒物和CO2，负离子会对其进行吸附并在重力作用下滞尘。此外，湖心岛水面平静，虽然负离子有所增加，但难以达到动态水流的效果，而花海植被丰富度较低，都是一二年生草本花卉，植物光合作用与呼吸作用弱于乔灌木，且为“破碎状”分布，不利于负离子产生和存活。

图1 不同监测点空气负离子分布

图2 旱季不同监测点空气负离子日变化

表2 空气负离子保健浓度分级标准

3.2 不同监测点空气负离子日变化规律

在旱季，各监测点整体上表现出的规律是早上负离子浓度均有增加，中午浓度下降，下午再次增加（图2）。森林浴场负离子浓度日变化呈“M”型曲线，在9:00达到最大值11292个/cm3，11:00出现最小值为4797个/cm3，日较差为6495个/cm3；湖心岛负离子浓度日变化呈“U”型曲线，在12:00出现最小值为1622个/cm3，最大值出现在17:00，为6108个/cm3，日较差为4486个/cm3；竹阔混交林负离子浓度日变化呈正弦曲线变化，最大值在16:00，为5078个/cm3，最小值在11:00，为2414个/cm3，日较差为2664个/cm3；花海负离子浓度日变化呈波动多峰曲线，最大值在17:00，为2610个/cm3，最小值在9:00，为1057个/cm3，日较差为1553个/cm3；竹林负离子浓度日变化呈波动增长曲线，增长趋势平缓，最大值在18:00，为2560个/cm3，最小值在8:00，为481个/cm3，日较差为2079个/cm3。旱季不同监测点之间日较差排序为森林浴场＞湖心岛＞竹阔混交林＞竹林＞花海。花海的日较差最小主要是因为植被以草本为主，产生负离子浓度低，游客活动频繁降低负离子存活率。

在雨季，各监测点之间日变化规律差异较大（图3），主要由植被种类、植被结构、地形、游客活动频率等因素导致。森林浴场负离子浓度日变化呈“U”型曲线，在9:00达到最大值24083个/cm3，12:00出现最小值为5245个/cm3，日较差为18838个/cm3；竹阔混交林负离子浓度日变化呈波动增长曲线，最大值在18:00，为9955个/cm3，最小值在9:00，为887个/cm3，日较差为9068个/cm3；竹林负离子浓度日变化呈“M”型曲线，8:00—9:00出现最小值为609个/cm3，最大值在11:00和13:00同时出现，均为2906个/cm3，日较差为2297个/cm3；湖心岛负离子浓度日变化呈波动下降曲线，在9:00出现最大值为2626个/cm3，最小值在14:00，为756个/cm3，日较差为1870个/cm3；花海负离子浓度日变化呈倒“U”型曲线，最大值在14:00，为1751个/cm3，16:00出现最小值为482个/cm3，日较差为1269个/cm3。雨季不同监测点之间日较差排序为森林浴场＞竹阔混交林＞竹林＞湖心岛＞花海。

表3 石门国家森林公园空气负离子等级评价

3.3 石门国家森林公园空气负离子保健功能评价

石门国家森林公园监测点负离子保健浓度等级均不低于Ⅴ级（表3）。无论在旱季还是雨季，森林浴场在时段8:00—18:00的负离子等级均达到Ⅰ级，空气清新，对健康很有利；竹阔混交林在雨季11:00—18:00负离子等级达到Ⅰ级，在旱季12:00开始也达到Ⅰ级；湖心岛在旱季达到Ⅰ级的时间段有64%，在雨季的负离子指标相对较低；竹林达到Ⅲ级及以上的雨季时间段有64%，旱季时间段有55%；花海在旱季8:00—18:00的负离子等级基本达到Ⅲ级及以上，雨季达到Ⅳ级及以上的时间段占55%。

4 结果与讨论

石门国家森林公园康养基地旱季和雨季负离子平均浓度为3667个/cm3，雨季＞旱季，各监测点负离子浓度较高，均在1000个/cm3以上，说明该区域负离子浓度适合康养保健。

旱季石门国家森林公园负离子浓度排序为森林浴场＞湖心岛＞竹阔混交林＞花海＞竹林，雨季为森林浴场＞竹阔混交林＞竹林＞湖心岛＞花海。森林浴场负离子浓度远高于其他监测点主要是植被结构的多样性，石门森林公园温度和湿度都适合大部分植物雨季和旱季生长，植物与太阳辐射发生光合作用（光化学过程），为空气电离水分（光电效应）产生负离子提供途径。

森林浴场在景区正常开放时间负离子等级均达到最高级别，空气清新、有利健康，可以改善神经衰弱、失眠，通畅心脑血管，降低血液粘稠度，提高人体免疫力[17]。旱季和雨季，石门国家森林公园休闲旅游路线推荐为森林浴场-竹阔混交林-竹林-花海-湖心岛，均可达到享受负离子的目的。